無人機導航中常見的座標系

無人機導航中常見的座標系包括：

地球中心座標系(ecef)(earthcenteredearthfixedcoordinatesystem，ecef)

wgs-84大地座標系(worldgeodeticcoordinatesystem1984)

當地水平座標系(north-east-downcoordinatesystem，ned)

機體座標系(bodyframe)

機體水平座標系(vehicle-carriednedcoordinatesystem)

接下來我們就來簡單說明一下這些座標繫在無人機導航中的應用。

地球中心座標系(ecef)

ecef座標系與地球固聯，且隨著地球轉動。圖中o即為座標原點，位置在地球質心。x軸通過格林尼治線和赤道線的交點，正方向為原點指向交點方向。z軸通過原點指向北極。y軸與x、z軸構成右手座標系。　　

右手座標系即符合「右手法則」的座標系的統稱，這個法則大家會經常見到，它的目的是為了以最簡單的方式確定座標軸以及正方向。如圖，右手拇指，食指，中指「痙攣」狀，其中任意兩個手指與已確定的兩個座標軸及正方向重合，第三個手指的方向就是剩下座標軸的正方向。

wgs-84座標系

gps輸出的就是這個座標系下的座標資料!

完整一點解釋是，gps單點定位的座標以及相對定位中解算的基線向量屬於wgs-84大地座標系。

wgs-84座標系的x軸指向bih(國際時間服務機構)1984.0定義的零子午面(greenwich)和協議地球極(ctp)赤道的交點。z軸指向ctp方向。y軸與x、z軸構成右手座標系。

什麼「bih1984.0」聽來很複雜有沒有!一句話解釋就是：把前面提到的ecef座標係用在gps中，就是wgs-84座標系。　　

上面圖中大家很容易看出gps輸出的常見定位資料：經度(longitude)，緯度(latitude)，海拔(altitude)。不知大家有沒有覺得奇怪，為什麼有了gps輸出的海拔高度，我們還是要用氣壓計等其它裝置來輔助定高呢?gps的海拔資料精度沒有辦法支撐無人機高度定位嗎?

這是因為gps輸出的資訊是相對於wgs-84座標系的。我們可以把它看做乙個參考橢球體，gps輸出的高度是垂直於橢球表面的高度而非海平面高度，然而地球可不是乙個標準的「橢球體」。　　

圖中h是gps測得的相對於橢球表面的高度;h表示正高;n表示大地水準偏差，即地球實際形狀與參考橢球體的偏差，範圍在正負100m之間，它隨著地球重力分布變化，沒有唯一的確定數值。所以，gps直接輸出的海拔資料也就會始終存在乙個「誤差」了。

ned座標系

上圖清晰地表明了ecef座標系(藍色)和ned座標系(綠色)之間的關係。ned座標系是在導航計算時使用的座標系，向量分別指向北，東，地，因此ned座標系也經常稱為「北東地座標系」。

我們有了經緯度為什麼還需要ned座標系呢?gps可以獲得在wgs-84中的速度向量，為了方便使用速度向量進行無人機控制，我們還要把它轉換在無人機所在位置的「平面座標系」下，也就是localned。

機體座標系

機體座標系與飛行器固聯，座標系符合右手法則，原點在飛行器重心處，x軸指向飛行器機頭前進方向，y軸由原點指向飛行器右側，z軸方向根據x、y軸由右手法則確定。

機體座標系是無人機慣性導航的基礎座標系，imu中獲得的加速度狀態資訊就是該座標系下的數值。當我們獲取imu輸出的x軸加速度資訊時，是基於機體座標系的，不能直接應用在ned座標系下